JP2015017254A - 相変化インク顔料分散プロセス - Google Patents

Abstract

【課題】改良された顔料分散物プロセス、高融点ワックス担体を使用する相変化インクに顔料を分散させるのに適した改良された顔料分散物を調整するためのプロセスを提供する。
【解決手段】イマージョンミルの周囲にあるジャケット等、を備えたジャケット付容器中、相変化インク担体および任意要素の分散剤を約１００℃〜約１７０℃の温度で溶融させることと；このジャケット付容器中、溶融した相変化インク担体および任意要素の分散剤を、分散ブレードを用いて混合することと；このジャケット付容器中、溶融し、混合した相変化インク担体および任意要素の分散剤に顔料を加えることと；顔料を濡らすことと；顔料を濡らした後、このジャケット付容器内でイマージョンミルまたはバスケットミルアタッチメントを用いて顔料の粒径を小さくすることと；顔料分散物を取り出すこととを含む、顔料分散物を調製するためのプロセス。
【選択図】図１

Description

顔料分散物を調製するためのプロセスが本明細書に開示される。

着色した相変化インクの顔料分散物は、好ましくは、直径で１００ナノメートル以下であってもよい顔料の一次粒径と同じ小さな粒径になるまで顔料を粉砕することが必要である。顔料の粒径を小さくすることは、費用がかかり、エネルギー集約的である場合がある。１００℃より高い温度でワックス媒体に顔料を分散させるのに適した既知の技術としては、アトライタによる粉砕、押出成型およびホモジナイゼーションが挙げられる。これらのプロセスは、過度な粉砕時間を必要とし、ある場合には、既知のプロセスは、必要な顔料粒径にすることさえできない。粉砕媒体を利用するプロセスでは、媒体による摩耗によって、インクの汚染が起こることがある。

顔料は、多くは、一次粒径よりも何倍も大きな乾燥した凝集物および集塊物として製造業者によって供給される。これらの凝集物または集塊物は、固体インク媒体中で安定な分散物を作成するために、狭い粒度分布を有しつつ、粒径を直径で１００ナノメートル未満にしなければならない。得られた固体インク配合物が良好な吐出性能および印刷品質性能を示すことが必要である。

粒子の分散および顔料の粒径を小さくするためのプロセス（例えば、ミルによる粉砕およびホモジナイゼーション）は室温で行われるか、または高温で行われるが、そうはいっても顕著に１００℃未満である。

顔料を高温で（例えば、１２０℃以上の温度でワックス媒体中）分散させなければならず、この高温が前記ワックス媒体の融点より高いような、着色した相変化インクのために顔料を分散するプロセスが依然として必要である。高温には、ほとんどの粉砕技術にとって重大な課題が存在する。ミルの中で、温度がワックスの融点より低くなり得る領域が存在する場合（特に、スタートアップ時）、ワックスの固化によって閉塞が起こることがある。ほとんどの粉砕技術は、このような高温でのワックスには適していない。多くのミル製造業者は、これらの温度で装置を動かすという経験が事実上ない。

相変化インク用途のために顔料を分散させるために用いることが可能な高温プロセスとしては、押出成型、ホモジナイゼーションおよび／またはアトライタによる粉砕が挙げられる。これらのプロセスを検討したが、処理時間が長く、費用が高くなり、多くの場合には、顔料の粒径が望ましい大きさまで小さくならない。プロセスの長さに起因して、媒体の摩耗（浸食）による顔料分散物の汚染も問題である。

改良された顔料分散物プロセス、高融点ワックス担体を使用する相変化インクに顔料を分散させるのに適した改良された顔料分散物プロセス、固体インクのための分散プロセスで用いることが可能な改良された顔料濃縮物、中間で高濃度に濃縮した顔料濃縮物を調製し、次いで、最終的な製品（例えば、相変化インク）中で最終的な濃度にする顔料分散プロセスのための改良された顔料濃縮物の必要性が依然として存在する。

ジャケット付容器内に配置された、イマージョンミルの周囲にあるジャケット、バスケットミルの周囲にあるジャケット、または分散ブレードアタッチメントの周囲にあるジャケットを備えたジャケット付容器中、相変化インク担体および任意要素の分散剤を約１００℃〜１７０℃の温度で溶融させることと；このジャケット付容器中、溶融した相変化インク担体および任意要素の分散剤を、分散ブレードを用いて混合することと；このジャケット付容器中、溶融し、混合した相変化インク担体および任意要素の分散剤に顔料を加えることと；顔料を濡らすことと；顔料を濡らした後、この容器内で顔料の粒径を小さくすることと；顔料分散物を取り出すこととを含む、顔料分散物を調製するためのプロセス。

図１は、本開示のプロセスに適した粉砕装置の一部を切り取った図である。

ミルの周囲にあるジャケット付容器、いくつかの実施形態では、バスケットミルまたはイマージョンミルの周囲にあるジャケット付容器の設定で、顔料分散プロセスを行う。ミルは、加熱ジャケット、相変化担体および任意要素の分散剤を混合し、相変化担体および任意要素の分散剤および顔料を後で混合して顔料を濡らすための分散ブレード、または顔料を分散するための研磨媒体、セラミック研磨媒体を含むイマージョンミルヘッド（バスケットアセンブリ）を備えた容器を備えている。いくつかの実施形態では、溶融し、混合し、濡らし、分散することがすべて同じ容器内で行われ、混合ブレードをイマージョンミルまたはバスケットミルで置き換えるか、溶融し、混合し、濡らすことを異なる容器で行い、次いで、濡らした混合物をイマージョンミルに移す。

インク濃縮物を調製するためのプロセスは、第１に、原材料を溶融し、顔料を濡らすために、ジャケット付容器の内側に高剪断分散インペラアタッチメントを用い、次いで、イマージョンミルまたはバスケットミルのアタッチメントの内側で研磨媒体を用いて顔料を研磨することを含む。

このプロセスは、高温でのインク濃縮物調製プロセスを含む。相変化インク用途のためのインク濃縮物の調製は、バッチプロセスである。高温プロセスは、加熱および冷却のために、油またはグリコールを容器のジャケット内に循環させる循環型加熱浴に接続したジャケット付容器の内側で行われる。

第１の工程は、ジャケット付容器の内側で高剪断分散ブレードまたはインペラアタッチメントを用い、原材料を溶融することを含む。インペラの回転速度（ｒｐｍ）、先端速度（フィート／秒）および温度は、１００℃より高く、１２０℃より高く、１００〜１７０℃、１１０〜１７０℃、または１１０〜１６０℃、５００〜５，５００ｒｐｍ、または５００〜５，０００ｒｐｍ、または３，０００〜５，２００ｒｐｍ、４〜４０フィート／秒または２３フィート／秒〜４０フィート／秒の先端速度であってもよい。

第２の工程は、同じ高剪断分散ブレードまたはインペラアタッチメントを用い、溶融したインク媒剤および分散剤に顔料をゆっくりと加えることを含む、顔料を濡らす工程を含む。

第３の工程は、顔料研磨工程を含む。顔料研磨工程の前に、高剪断分散ブレードをジャケット付容器からはずし、イマージョンミルまたはバスケットミルのアタッチメントと交換してもよい。バスケットミルは、側面および底面に適切な開口部、例えば、０．１ミリメートルの開口部を有するふるいを備えていてもよく、研磨媒体（直径が０．３ミリメートルの球状ジルコニア研磨媒体）を充填していてもよい。バスケットミルは、スラリーをミルに引き込むためにオーガを用いてもよい。ローターおよび研磨媒体によって生じる遠心力が、スラリーを側面および底部のふるいを通過するように押す。望ましい粒径分布が達成されるまで、ミルによる粉砕を進めることができる。

第４の工程は、溶融した製品をアルミニウムトレーまたは他の容器に注ぐことを含んでいてもよい、生成物の取り出し工程を含む。

ミルは、米国特許第７，５５９，４９３号に記載されるようなものであってもよい。このプロセスは、Ｈｏｃｋｍｅｙｅｒ Ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎから入手可能なマイクロミルであるＨｏｃｋｍｅｙｅｒ ＨＣＰＮ Ｄｉｓｐｅｒｍｉｌｌ（登録商標）を用いて行われてもよい。これは、研磨媒体を利用し、顔料の粒径を小さくする垂直なバスケットミルを備えるイマージョンミルである。ミルは、米国特許第５，１８４，７８３号；第５，４９７，９４８号；第５，８２０，０４０号；第７，１７５，１１８号；第７，５５９，４９３号；第７，８２８，２３４号；第７，８８３、０３６号；第７，９１４，２００号；第８，１８２，１３３号；または第８，３７６，２５２号に記載されるようなミルであってもよい。

図１は、容器１３の周囲にジャケット１２を備えたジャケット付容器１０を示す。ジャケット付容器は、加熱デバイス、例えば、循環型加熱浴（図示せず）に接続していてもよい。バスケットアセンブリ１４、例えば、高剪断分散インペラまたはイマージョンミルまたはバスケットミルは、ジャケット付容器１０の中に配置されていてもよい。バスケットアセンブリは、矢印によって示される流路と、ふるい１６、１８、２０、２２および分散ブレード２４とを備えている。バスケットには、セラミック研磨媒体が充填されていてもよい。

相変化インクのための低コスト、高スループット速度の高温顔料分散プロセスを記載する。顔料分散物を調製するためのプロセスは、相変化インク担体および任意要素の分散剤を、ミルの周囲にあるジャケット、いくつかの実施形態では、容器の中に配置されたバスケットミルまたはイマージョンミルおよび分散ブレードを備える容器中で溶融させることと；溶融した相変化インク担体および任意要素の分散剤を、この容器内の分散ブレードを用いて混合することと；この容器中、溶融した相変化インク担体および任意要素の分散剤混合物に顔料を加えることと；顔料を濡らすことと；顔料を濡らした後、研磨媒体を含むイマージョンミルヘッド（バスケットアセンブリ）を挿入し、動かすことによって、この容器中で顔料の粒径を小さくすることと；顔料分散生成物を取り出すこととを含む。

このプロセスは、顔料濃縮物の調製に集中したものである。

着色した固体インクは、通常は、出発点として乾燥顔料を利用する。顔料は、不溶性であり、インク配合物、コーティング、塗料を含む多くの用途で用いられる微細な粒径の材料であり、色を与え、基材を隠し、コーティングの特性を変え、膜の性能特性を変える。顔料は、多くは、一次粒径（通常は、直径が１００ナノメートル未満程度である）よりも何倍も大きな乾燥した凝集物および集塊物として製造業者によって供給される。これらの凝集物または集塊物は、固体インク媒体中で安定な分散物を作成するために、狭い粒度分布を有しつつ、粒径を直径で１００ナノメートル未満にしなければならない。得られた固体インク配合物が良好な吐出性能および印刷品質性能を示すことが必要である。

インク媒体が非水性である限り、任意の適切なインク媒剤を使用することができる。インク媒剤は、ワックスまたは非極性溶媒であってもよい。

顔料粒子が大きな集塊物に凝集しないように隠し、したがって、沈降を遅らせることによって、インク媒剤を用いて乾燥顔料を濡らすため、インク媒剤中で顔料粒子を安定化させるために、分散剤を用いてもよい。分散剤は、顔料粒子に付着し、立体的な安定化を与えることによって、この機能を達成する。分散剤化合物は、顔料粒子に吸着し、付着し、またはグラフト接合することによって、顔料に付着する。

乾燥インクのインク媒体（媒剤および分散剤）への分散は、顔料保持量が高い（多くは、１０重量％を超えるか、または５０重量％以上と高い）状態である。顔料分散装置内で望ましい粒径の達成は、固体保持量が大きいと効率がよい。また、高い固体保持量を利用する場合、顔料の単位重量あたり、小さな体積の濃縮物を処理しなければならず、したがって、顔料濃縮物を処理する費用が低くなる。

室温で、着色したインク濃縮物中の媒体成分は、固体形態である。顔料の分散が起こる場合、まず、前記要素を通常は１００℃より高い温度で溶融させることが必要である。したがって、もし存在する場合でも、このプロセスに適した分散技術の選択肢に制限がある。顔料を高温で（例えば、温度１２０℃以上のワックス媒体中）分散させなければならず、この高温は、前記ワックス媒体の融点より高いような、着色した固体インクのために顔料を分散するプロセスが依然として必要である。高温には、ほとんどの粉砕技術にとって重大な課題が存在する。ミルの中で、温度がワックスの融点より低くなり得る領域が存在する場合（特に、スタートアップ時）、ワックスの固化によって閉塞が起こることがある。したがって、ほとんどの粉砕技術は、このような高温でのワックスには適していない。多くのミル製造業者は、これらの温度で装置を動かすという経験が事実上ない。

本明細書のプロセスは、バスケットミルの周囲にあるジャケットおよびバスケットミルの内部に配置された少なくとも１つの分散ブレードを備える容器内で顔料濃縮物を調製する、相変化インクのための高温顔料分散プロセスである。バスケットミルは、イマージョンミルを含む。溶融し、混合し、顔料を濡らし、粉砕することを含むすべての工程が同じ容器内で行われる。濡らす工程を粉砕タンク内で行うことができるため、移動する容器を必要とせず、処理時間および洗浄が短くなる。さらなる利点としては、ポンプ、バルブおよび機械的な密閉部が存在しないことが挙げられる。このプロセスは、１個の容器の使用に限られない。

このプロセスは、経済的な様式で着色したインク濃縮物を製造する高い分散温度の使用を可能にする。このプロセスは、以前のプロセスの２倍を超える１８〜４０重量％まで上げられた顔料濃度を与え、分散時間は、以前のプロセスの５時間に対し、半分から３時間未満に短くなった。

本明細書の顔料分散濃縮物を製造するためのプロセスは、分散物の容量が２キログラムのＨｏｃｋｍｅｙｅｒ ＨＣＰＮ−１／１６を利用することができる。

工程１。担体および分散剤をタンクに加え、１１０〜１６０℃までの融点で溶融させることができる。

工程２。溶融させた後、この材料を分散ブレードで所定時間攪拌してもよく、その後に、顔料の添加を開始する。

工程３。すべての顔料を加えた後、連続的に攪拌しつつ、顔料を任意の適切な時間をかけて濡らす。

工程４。分散ブレードを、直径０．３ミリメートルのジルコニア４０ミリリットルを含むイマージョンミルヘッド（バスケットアセンブリ）と交換する。この後、粉砕を１〜３時間行う。

工程５。生成物を取り出す。このプロセスから得た顔料分散物は、４０〜４５重量％までの固体を含んでいてもよく、顔料に対する分散剤の比率が０．２と少ない分散剤保持量を有する。このことは、顔料分散物を製造するための経済的で、低コストで、高スループットのプロセスをあらわす。

相変化インク担体および任意要素の分散剤を溶融することは、１００〜１７０℃、または１１０〜１７０℃、または１１０〜１６０℃、または１２０〜１６０℃、または１２０〜１７０℃の温度で溶融することを含む。工程１での相変化インク担体および任意要素の分散剤の溶融は、０．１時間〜６時間、または０．１時間〜４時間、または０．５時間〜５時間、または０．５〜３時間、または１〜４時間、または１〜２時間行われてもよい。

工程２において、混合することは、相変化インク担体および任意要素の分散剤を、毎分５００回転〜５，０００回転、毎分１，５００回転〜４，０００回転、または毎分２，０００回転〜３，０００回転に設定した分散ブレードで混合することを含む。

混合は、１００〜１７０℃、または１１０〜１７０℃、または１１０〜１６０℃、または１２０〜１６０℃の温度で行ってもよい。

混合を０．１時間〜４時間、または０．５時間〜３時間、または０．５〜２時間行ってもよい。

毎分３，０００回転に設定した分散ブレードを１１０℃〜１６０℃の温度で１時間用いるか、または、毎分２，８００回転に設定した分散ブレードを１１０℃〜１６０℃の温度で１時間用いることによって、混合が達成される。

工程４において、溶融し、混合した相変化インクに顔料を加え、１０分〜３時間、または１５分〜２時間、または３０分〜１時間保持していてもよい。

工程５において、顔料を濡らすことは、所望の回転速度に設定した分散ブレードを所定の時間、所定の温度で用いることによって混合物を攪拌することによって行われてもよい。いくつかの実施形態では、毎分４，５００〜５，０００分に設定した分散ブレードを用い、１１０℃〜１６０℃の温度で０．２５〜４時間、または０．５〜３時間、または１〜２時間かけて濡らす。

いくつかの実施形態では、４，５００ｒｐｍに設定した分散ブレードを１１０〜１６０℃の温度で１〜３時間用い、混合容器中のバッフルを用い、濡らすことを達成してもよい。

いくつかの実施形態では、顔料を濡らすことは、毎分５００回転〜５，０００回転または４フィート／秒〜４０フィート／秒の先端速度に設定した分散ブレードを用い、１１０℃〜１６０℃の温度で０．２５〜４時間濡らすことを含む。

材料の流れを直接濡らすために、バッフルを使用してもよい。いくつかの実施形態では、１〜１００、１〜５０、１〜２５、１〜１０、または１〜２のバッフルを使用する。

工程５において、濡らした顔料を容器内で粉砕することによって、顔料の粒径を小さくする。粉砕することは、イマージョンミルを用いて顔料の粒径を小さくすることを含むか、またはバスケットミルを用いて顔料の粒径を小さくすることを含め、顔料の粒径を小さくすることであってもよい。粉砕は、溶融した混合物を含む容器に挿入したイマージョンミルヘッド（バスケットアセンブリ）を所定の温度で所定の時間使用することによって行われる。粉砕は、毎分３，０００回転〜８，０００回転、４，０００回転〜７，０００回転、または５，０００回転〜６，０００回転で動くミルヘッドを用い、１００〜１７０℃、または１１０〜１６０℃、または１２０〜１６０℃の温度で０．１時間〜６時間、または０．５時間〜４時間、または０．５〜２時間、または１〜１．５時間行われる。顔料の粒径を小さくすることは、毎分５，０００回転〜６，０００回転で動くイマージョンミルヘッドを用い、１１０〜１６０℃の温度で１〜２時間、容器内で濡らした顔料を粉砕することを含む。

顔料の粒径を小さくすることは、イマージョンミルを用い、毎分３，０００回転〜５，２００回転または２３フィート／秒〜４０フィート／秒の先端速度で回転するインペラを備えるジャケット付容器中で、濡らした顔料を１１０〜１６０℃の温度で１〜１．５時間かけて粉砕することを含む。

いくつかの実施形態では、直径０．３ミリメートルのジルコニア４０ミリリットルが、粉砕工程のためにミルヘッドに配置される。

粉砕は、５，２００ｒｐｍで動くミルヘッドを用い、温度１１０〜１６０℃で１．５時間かけて達成される。

工程６において、顔料分散生成物を取り出す。この生成物は、顔料濃縮物である。いくつかの実施形態では、顔料分散物を１００〜１７０℃、または１１０〜１６０℃、または１１０〜１７０℃、または１２０〜１６０℃の温度で取り出す。いくつかの実施形態では、顔料濃度は、顔料分散物の合計重量を基準として５〜５０重量％である。

本発明の方法による顔料分散物の調製は、以前の顔料分散プロセスよりも経済的であり、時間の消費が少なく、エネルギー集約度が低い。このプロセスは、高い収率、低コスト、低汚染の分散生成物を与える。

インク担体材料としては、脂肪族アミド、例えば、モノアミド、トリアミド、テトラアミド、これらの混合物が挙げられる。脂肪族アミドインク担体材料としては、ステアリルステアリル酸アミド、ダイマー酸、エチレンジアミンおよびステアリン酸の反応生成物であるダイマー酸に由来するテトラアミド、ダイマー酸、エチレンジアミンおよび少なくとも３６個の炭素原子を含むカルボン酸の反応生成物であるダイマー酸に由来するテトラアミド、およびこれらの混合物が挙げられる。脂肪族アミドインク担体が、ダイマー酸、エチレンジアミンおよび少なくとも３６個の炭素原子を含むカルボン酸の反応生成物であるダイマー酸に由来するテトラアミドである場合、カルボン酸は、一般式

を有し、式中、Ｒは、直鎖、分枝鎖、飽和、不飽和および環状のアルキル基を含むアルキル基、一実施形態では、３６〜２００個の炭素原子を含むアルキル基である。

また、相変化インク担体材料として適しているのは、イソシアネートから誘導される樹脂およびワックス、例えば、ウレタンイソシアネートから誘導される材料、尿素イソシアネートから誘導される材料、ウレタン／尿素イソシアネートから誘導される材料、これらの混合物である。

脂肪族アミド材料およびイソシアネートから誘導される材料の混合物も、インク担体組成物として使用することができる。

さらなる適切な相変化インク担体材料としては、パラフィン、微結晶性ワックス、ポリエチレンワックス、エステルワックス、アミドワックス、脂肪酸、脂肪族アルコール、脂肪族アミドおよび他のワックス状材料、スルホンアミド材料、異なる天然源および多くの合成樹脂、オリゴマー、ポリマーおよびコポリマーから作られる樹脂状材料、例えば、エチレン／酢酸ビニルコポリマー、エチレン／アクリル酸コポリマー、エチレン／酢酸ビニル／アクリル酸コポリマー、アクリル酸とポリアミドのコポリマー、イオノマー、およびこれらの混合物が挙げられる。これら１種類以上の材料を、脂肪族アミド材料および／またはイソシアネートから誘導される材料との混合物の状態で使用することもできる。

適切なワックスの具体例としては、ポリエチレンワックス、Ｆｉｓｃｈｅｒ−Ｔｒｏｐｓｃｈワックス、例えば、米国特許第７，４０７，５３９号、第７，３７７，９７１号および第７，３８１，２５４号に開示されるようなワックス、およびこれらの混合物が挙げられる。

いくつかの実施形態では、相変化インク担体は、（ａ）インク中に、インクの２５〜８０重量％の量で存在するポリエチレンワックス；（ｂ）インク中に、インクの３〜３２重量％の量で存在するステアリルステアリン酸アミドワックス；（ｃ）以下の式の分枝鎖トリアミド

〔式中、ｘ、ｙおよびｚは、それぞれ独立して、プロピレンオキシ繰り返し単位の数をあらわし、ｘ＋ｙ＋ｚは、５〜６であり、ｐ、ｑおよびｒは、互いに独立して、繰り返し−（ＣＨ２）−単位の数をあらわす整数であり、ｐ、ｑおよびｒは、平均値が３５であり、インク中に５〜３２重量％の量で存在する〕；（ｄ）インク中に、インクの６〜１６重量％の量で存在する水素化アビエチン酸のトリグリセリド；（ｅ）インク中に、インクの２〜１３重量％の量で存在する、３当量のステアリルイソシアネートとグリセロール系プロポキシレートアルコールの付加物であるウレタン樹脂；および（ｆ）インク中に、インクの０．０１〜１重量％の量で存在する酸化防止剤を含む。

インク担体は、相変化インク中に有効な量で、例えば、インクの０．１〜９９重量％の量で存在する。

インクは、場合により、インクの０．０１〜２０重量％の酸化防止剤も含んでいてもよい。

本明細書に開示するインクは、相変化インクであり、２５℃の温度で固体であり、少なくとも４０℃以上の温度で溶融するときは、液体である。

インク組成物は、いくつかの実施形態では、ピーク融点が５０℃以上、１６０℃以下である。

インク組成物は、いくつかの実施形態では、融解開始温度が５０℃以上、７５℃以下である。

インク組成物は、一般的に、吐出温度（７５℃〜１５０℃）での溶融粘度が２〜３０センチポイズである。具体的な実施形態では、インクは、１１０℃、１１５℃および／または１２０℃での粘度が７〜１５センチポイズである。

分散剤化合物を相変化インク中の分散剤として使用することができる。分散剤化合物は、インク中にインクの０．１〜２５重量％、１〜１０重量％、または１〜５重量％の量で存在していてもよい。

本開示のインクは、その既知の特性（例えば、インク組成物の濡れ特性を制御する、着色した着色剤を安定化する）のために、場合により、１つ以上の分散剤および／または１つ以上の界面活性剤も含んでいてもよい。

いくつかの実施形態では、分散剤は、インク組成物の０．１〜２５重量％、例えば、０．５〜１０重量％、１〜６重量％、または２〜５重量％含まれていてもよい。

上の分散剤濃度および以下のおよび着色剤濃度は、最終的なインク組成物のみを扱っている。

いくつかの実施形態では、顔料濃縮物中の着色剤濃度は、１０〜７０重量％、または２０〜６０重量％であってもよい。分散剤保持量は、典型的には、着色剤の関数であり、すなわち、重量基準での着色剤に対する分散剤の比率である。いくつかの実施形態では、分散剤は、着色剤に対する分散剤の比率が０．０５〜２、または０．１〜１．５または０．２〜１．０になるように顔料濃縮物中に存在していてもよい。

本明細書の相変化インクは、任意の適切な着色剤または望ましい着色剤、例えば、染料、顔料、これらの混合物を含有していてもよい。着色剤は、インクの０．１〜５０重量％、または０．１〜２０重量％の量で存在していてもよい。

いくつかの実施形態では、着色剤は、マゼンタ顔料、シアン顔料、イエロー顔料、ブラック顔料、およびこれらの混合物およびこれらの組み合わせからなる群から選択される１種類以上の顔料である。インク基剤中の顔料分散物は、相乗剤および分散剤によって安定化されてもよい。

本明細書の分散プロセス中の濡らす工程は、粉砕と同じ容器またはタンクで行われる。顔料濃縮物は、場合により分散剤を含むワックス媒剤中に、４５重量％の顔料を含み、いくつかの実施形態では、顔料に対する分散剤の比率が０．２〜０．８である。このプロセスは、１１０〜１６０℃の温度で行うことができる。本発明の方法による顔料分散物の調製は、以前の顔料分散プロセスよりも経済的であり、時間の消費が少なく、エネルギー集約度が低い。このプロセスは、高い収率、低コスト、低汚染の分散生成物を与える。

相変化インク組成物は、本明細書に記載する顔料分散物と、相変化インク媒剤と、任意要素の相乗剤と；任意要素の分散剤とを組み合わせ、相変化インク組成物を製造することによって調製することができる。

インク成分を一緒に混合し、次いで、少なくとも１００℃〜１４０℃以下の温度まで加熱し、均質なインク組成物が得られるまで攪拌し、その後、インクを周囲温度（典型的には２０〜２５℃）まで冷却する。本開示のインクは、周囲温度で固体である。いくつかの実施形態では、溶融状態でのインクを型に注ぎ、次いで、冷却し、固化させ、インクスティックを作成する。

本明細書のインクを、直接的な印刷インクジェットプロセスおよび間接的な（オフセット）印刷インクジェット用途のための装置に使用することができる。

本明細書の方法は、インクジェット印刷装置に、相変化インク組成物を組み込むことと；インク組成物を溶融させることと；溶融したインクの液滴を、基材の上に画像形状のパターンになるように放出させることとを含む。

インク吐出温度は、任意の適切な吐出温度または望ましい吐出温度であってもよく、いくつかの実施形態では、吐出温度は、５０℃〜１４０℃または１００℃〜１４０℃である。インク組成物は、一般的に、吐出温度（５０℃以上、６０℃以上、７０℃以上、１２０℃以下、１１０℃以下）での溶融粘度が、いくつかの実施形態では、３０センチポイズ以下、２０センチポイズ以下、１５センチポイズ以下、２センチポイズ以上、５センチポイズ以上、７センチポイズ以上であり、４０℃未満の温度では１０^５センチポイズ、７０℃以上の温度では１５センチポイズである。

インクは、低温で（１１０℃未満、４０℃〜１１０℃、５０℃〜１１０℃、または６０℃〜９９０℃）で吐出される。

コントロール例１は、着色したインク濃縮物をアトライタで処理するのに必要な処理時間が非常に長いことを示す。コントロール例２は、Ｈｏｃｋｍｅｙｅｒ分散プロセスを示し、１８重量％の低い顔料濃度および低い分散温度では、長い分散時間が必要となる。

以下の実施例の着色した相変化インク濃縮物および相変化インクで使用する要素を表１および表２に記載する。

米国特許第６，８６０，９３０号の実施例ＩＩに記載されるように調製されるトリアミドワックスを以下のように調製する。１，０００ミリリットルの４ッ口丸底フラスコにＴｒｕｂｏｒｅスターラー、Ｎ_２注入口、凝縮器を取り付けたＤｅａｎ−Ｓｔａｒｋトラップ、Ｎ２出口、熱電対温度制御器を取り付け、これに３５０．６２グラム（０．３６７５モル）のＵＮＩＣＩＤ（登録商標）５５０（Ｂａｋｅｒ−Ｐｅｔｒｏｌｉｔｅ Ｃｏｒｐ．から得られ、式ＣＨ_３（ＣＨ_２）_ｎＣＯＯＨを有し、ｎが平均値３７であり、３４〜４０の範囲にあると考えられるモノ酸）および０．７９グラムのＮＡＵＧＡＲＤ（登録商標）５２を加えた。混合物を１１５℃まで加熱し、Ｎ２下、周囲圧力で溶融させ、攪拌した。５１．３３グラム（０．１１６７モル）のＪＥＦＦＡＭＩＮＥ（登録商標）Ｔ−４０３（以下の式のトリアミンの混合物）

〔式中、ｘ、ｙおよびｚは、それぞれ、繰り返しプロピレンオキシ単位の数をあらわし、ｘ、ｙおよびｚは、それぞれ０であってもよく、ｘ＋ｙ＋ｚの合計は５〜６である）を反応混合物に加え、反応温度を０．５時間かけて２００℃まで徐々に上げ、この温度にさらに３時間維持した。Ｎ_２をゆっくり吹き込むことによって、ある程度の水が外に運ばれ、混合物温度が１８０℃に達したら、トラップに凝縮させた。次いで、トラップおよび凝縮器をはずし、０．５時間減圧状態（２５ｍｍＨｇ）にし、次いで、開放した。液体生成物を１５０℃まで冷却し、アルミニウムに注ぎ、固化させた。得られた生成物は、以下の式を有すると考えられ、

式中、ｎ、ｘ、ｙおよびｚは、この実施例で上に定義したとおりである。

米国特許第７，９７３，１８６号の実施例１に記載されるように調製される分散剤を以下のように調製する。１リットルの樹脂製ケトルに加熱マントル、メカニカルスターラー、Ｄｅａｎ−Ｓｔａｒｋトラップ、環流凝縮器および温度センサを取り付け、これに１９２．７８グラム（ｇ）のＵｎｉｃｉｄ（登録商標）７００（平均炭素鎖長が４８である長鎖直鎖カルボン酸）および６０．３ｇのＥ−１００（登録商標）（テトラエチレンペンタミン（ＴＥＰＡ）、ペンタエチレンヘキサミン（ＰＥＨＡ）、ヘキサエチレンヘプタミン（ＨＥＨＡ）およびもっと分子量が大きい材料の混合物であり、数平均分子量は、２５０〜３００グラム／モルであり、Ｈｕｎｔｓｍａｎから入手可能である）を加えた。アルゴン流の下で、ケトル内の温度を１００℃まで上げ、樹脂を溶融させた。樹脂を完全に溶融させた後、攪拌しつつ、温度を１８０℃まで徐々に上げ、反応を３時間進めた。３．６ミリリットルの水がＤｅａｎ−Ｓｔａｒｋトラップに集まった。反応を止め、１４０℃まで冷却し、アルミニウムトレーに取り出し、アミド２４９ｇをベージュ色固体として得た。

米国特許第６，３０９，４５３号の実施例４に記載されるように調製されるウレタン樹脂を以下のように調製する。８０．０グラム（０．０５２モル）のＡＲＣＯＬ ＬＨＴ １１２（ＡＲＣＯ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｃｏ．から入手可能なグリセロールプロポキシレート）および４６．６グラム（０．１５６モル）のオクタデシルイソシアネート（Ｂａｙｅｒ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎから入手可能なＭｏｎｄｕｒ Ｏ−オクタデシルイソシアネート）を、磁石を入れた２００ミリリットルビーカーに入れ、シリコーン油浴を用い、１１５℃まで加熱した。５滴の触媒（Ｆａｓｃａｔ（登録商標）４２０２、Ｅｌｆ Ａｔｏｃｈｅｍ Ｎｏｒｔｈ Ａｍｅｒｉｃａｎ，Ｉｎｃ．から入手可能なジブチルスズジラウレート）を加え、混合物を１１５℃で２時間反応させた。反応生成物のＦＴ−ＩＲは、約２２８５ｃｍ^−１のピーク（ＮＣＯ）が存在せず（消失）、ウレタンの周波数に対応する約１７４０〜１６８０ｃｍ^−１および約１５４０〜１５３０ｃｍ^−１のピークがあらわれた（または強度が増大）ことを示していた。次いで、最終的なウレタン生成物を標本ビンに灌ぎ、冷却し、硬化させた。この最終生成物は、Ｆｅｒｒａｎｔｉ−Ｓｈｉｒｌｅｙ円錐形／平板形粘度計によって１３５℃で測定した場合、１５．８ｃＰの粘度によって特徴づけられるように室温で固体であり、ＤｕＰｏｎｔ ２１００熱量計を用いた示差走査熱量測定によって、走査速度２０℃／分で測定すると、融点が２３．８℃であった。

米国特許第７，９７３，１８６号の実施例１に記載されるように調製されるポリエチレンイミン分散剤を以下のように調製する。１リットルの樹脂製ケトルに加熱マントル、メカニカルスターラー、Ｄｅａｎ−Ｓｔａｒｋトラップ、環流凝縮器および温度センサを取り付け、これに１９２．７８グラムのＵｎｉｃｉｄ（登録商標）７００（Ｂａｋｅｒ Ｐｅｔｒｏｌｉｔｅから入手可能な平均炭素鎖長が４８である長鎖直鎖カルボン酸）および６０．３ｇのＥ−１００（登録商標）（テトラエチレンペンタミン（ＴＥＰＡ）、ペンタエチレンヘキサミン（ＰＥＨＡ）、ヘキサエチレンヘプタミン（ＨＥＨＡ）およびもっと分子量が大きい材料の混合物であり、数平均分子量は、２５０〜３００グラム／モルであり、Ｈｕｎｔｓｍａｎから入手可能である）を加えた。アルゴン流の下で、ケトル内の温度を１００℃まで上げ、樹脂を溶融させた。樹脂を完全に溶融させた後、攪拌しつつ、温度を１８０℃まで徐々に上げ、反応を３時間進めた。３．６ミリリットルの水がＤｅａｎ−Ｓｔａｒｋトラップに集まった。反応を止め、１４０℃まで冷却し、アルミニウムトレーに取り出し、アミド２４９ｇをベージュ色固体として得た。

（コントロール例１）
１Ｓアトライタ中のカーボンブラック顔料分散物（２０％顔料濃度、分散剤と顔料の比率０．８６：１）
タンク容量が３リットルのＵｎｉｏｎ Ｐｒｏｃｅｓｓ １Ｓアトライタに、２８キログラムの１／８インチ４４０Ｃステンレス鋼媒体を入れた。４リットルのステンレスビーカー中、まず、１，０５１グラムのＫｅｍａｍｉｄｅ（登録商標）Ｓ−１８０ワックス、７９グラムのＳｏｌｓｐｅｒｓｅ（登録商標）５０００相乗剤および３１０グラムのＳｏｌｓｐｅｒｓｅ（登録商標）１７０００ポリマー分散剤を加えることによって、顔料を濡らす工程を行った。溶融させた後、３６０グラムのＭｏｇｕｌ（登録商標）Ｌカーボンブラックを加え、さらに６０分間撹拌した。次いで、顔料スラリーをアトライタに移し、アトライタによる粉砕を開始した。アトライタによる粉砕温度をほぼ１２０℃の一定に保持した。毎分２４０回転で２８４時間（１２日間）粉砕した後、２０重量％のカーボンブラックを含み、分散剤と顔料の比率が０．８６：１である最終濃縮物を取り出し、冷却した。Ｍａｌｖｅｒｎ Ｚｅｔａｓｉｚｅｒ粒径分析機で測定した場合、濃縮物中のカーボンブラックのＺ−平均粒径は８０ナノメートルであり、多分散指数は０．１４１であった。

（コントロール例２）
Ｈｏｃｋｍｅｙｅｒイマージョンミル中のマゼンタ顔料濃縮物（１８％顔料濃度、分散剤と顔料の比率０．８：１）
この実験をＨｏｃｋｍｅｙｅｒ ＨＣＰＮ １／１６ Ｍｉｃｒｏ Ｉｍｍｅｒｓｉｏｎ Ｍｉｌｌで行った。このＨｏｃｋｍｅｙｅｒミルのタンクに、１，４２０グラムのＫｅｍａｍｉｄｅ（登録商標）Ｓ−１８０ワックスおよび３００グラムのポリエチレンイミン分散剤を入れた。ワックスと分散物を溶融させた後、撹拌を６０分間行い、次いで、３８０グラムのＰｉｇｍｅｎｔ Ｒｅｄ ５７：１マゼンタ顔料を３０分かけて加えた。この顔料を、毎分４，５００回転で１時間かけて濡らした。０．３ミリメートルのジルコニア粉砕媒体をあらかじめ入れておいた開口部が０．１ミリメートルの粉砕バスケットアタッチメントをタンクに沈め、粉砕を開始した。毎分５，２００回転、１２３℃で６時間粉砕した後、１８重量％のＰｉｇｍｅｎｔ Ｒｅｄ ５７：１マゼンタ顔料で構成され、分散剤と顔料の比率が０．８：１である最終濃縮物を取り出し、冷却した。濃縮物中の顔料のＺ−平均粒径は１２２．３ナノメートルであり、多分散指数は０．１０４であった。

（実施例３）
Ｈｏｃｋｍｅｙｅｒイマージョンミル中のマゼンタ顔料濃縮物（４０％顔料濃度、分散剤と顔料の比率０．６：１）
Ｈｏｃｋｍｅｙｅｒミルタンクに、３２４グラムのＫｅｍａｍｉｄｅ（登録商標）Ｓ−１８０ワックスおよび２１６グラムのポリエチレンイミン分散剤を入れた。ワックスと分散物を溶融させた後、撹拌を温度１４０℃で９０分間行い、その後、３６０グラムのＰｉｇｍｅｎｔ Ｒｅｄ ５７：１マゼンタ顔料を９０分かけて加えた。毎分５，６００回転で１２０分間、顔料を濡らした。０．３ミリメートルのジルコニア粉砕媒体をあらかじめ入れておいたイマージョンミルヘッドをタンクに沈め、粉砕を開始した。毎分５，２００回転、１５０℃で１２０分粉砕した後、最終濃縮物は、１８重量％のＰｉｇｍｅｎｔ Ｒｅｄ ５７：１マゼンタ顔料からなり、分散剤と顔料の比率が０．６：１であった。濃縮物中の顔料のＺ−平均粒径は１２０．２ナノメートルであり、多分散指数が０．１５１であった。

ステンレス容器中、この濃縮物と、表２で列挙した成分とを１２０℃で９０分混合することによって、相変化インクを調製した。５ミクロンの３０４ステンレス鋼フィルター（３２５メッシュ×２３００メッシュ）、１２０℃で濾過して得られたインクは、Ｘｅｒｏｘ相変化プリンタで良好な印刷品質性能を示した。

（実施例４）
Ｈｏｃｋｍｅｙｅｒイマージョンミル中のマゼンタ顔料濃縮物（３０％顔料濃度、分散剤と顔料の比率０．６：１）
Ｈｏｃｋｍｅｙｅｒミルタンクに、１，０４０グラムのＫｅｍａｍｉｄｅ（登録商標）Ｓ−１８０ワックスおよび３６０グラムのポリエチレンイミン分散剤を入れた。ワックスと分散物を溶融させた後、撹拌を温度１５０℃で９０分間行い、その後、６００グラムのＰｉｇｍｅｎｔ Ｒｅｄ ５７：１マゼンタ顔料を５０分かけて加えた。毎分４，７００回転で７０分間、顔料を濡らした。０．３ミリメートルのジルコニア粉砕媒体をあらかじめ入れておいたイマージョンミルヘッドをタンクに沈め、粉砕を開始した。毎分５，２００回転、１５７℃で１８０分粉砕した後、最終濃縮物は、３０重量％Ｐｉｇｍｅｎｔ Ｒｅｄ ５７：１マゼンタ顔料を含み、分散剤と顔料の比率が０．６：１であった。最終生成物のＺ−平均粒径は１３７ナノメートルであり、多分散指数は０．１６５であった。

この濃縮物と、表２で列挙した成分とを１２０℃で９０分混合することによって、相変化インクを調製した。５ミクロンの３０４ステンレス鋼フィルター（３２５メッシュ×２３００メッシュ）、１２０℃で濾過して得られたインクは、Ｘｅｒｏｘ相変化プリンタで良好な印刷品質性能を示した。

（実施例５）
Ｈｏｃｋｍｅｙｅｒイマージョンミル中のマゼンタ顔料濃縮物（１８％顔料濃度、分散剤と顔料の比率０．６：１）
Ｈｏｃｋｍｅｙｅｒミルタンクに、１，４２４グラムのＫｅｍａｍｉｄｅ（登録商標）Ｓ−１８０ワックスおよび２１６グラムのポリエチレンイミン分散剤を入れた。ワックスと分散物を溶融させた後、撹拌を温度１２０℃で９０分間行い、その後、３６０グラムのＰｉｇｍｅｎｔ Ｒｅｄ ５７：１マゼンタ顔料を２０分かけて加えた。毎分５，２００回転で６０分間、顔料を濡らした。０．３ミリメートルのジルコニア粉砕媒体をあらかじめ入れておいたイマージョンミルヘッドをタンクに沈め、粉砕を開始した。毎分５，２００回転、１１５℃で１８０分粉砕した後、最終濃縮物は、１８重量％Ｐｉｇｍｅｎｔ Ｒｅｄ ５７：１マゼンタ顔料を含み、分散剤と顔料の比率が０．６：１であった。最終生成物のＺ−平均粒径は１６２ナノメートルであり、多分散指数は０．２７６であった。

この濃縮物と、表２で列挙した成分とを１２０℃で９０分混合することによって、相変化インクを調製した。５ミクロンの３０４ステンレス鋼フィルター（３２５メッシュ×２３００メッシュ）、１２０℃で濾過して得られたインクは、Ｘｅｒｏｘ相変化プリンタで良好な印刷品質性能を示した。

本プロセスは、顔料分散物中の顔料濃度の顕著な増加を与え、いくつかの実施形態では、４０％までの増加を与え、これにより、本発明のプロセスは、以前のプロセスよりも経済的に実行可能である。それに加え、分散剤材料は、分散剤と顔料の比率を０．２まで下げ、安定な分散物を製造するために必要な原材料の量に影響を及ぼす。このプロセスは、さらに、かなり短縮された処理時間を与え、粉砕媒体からの汚染も最低限になる。全体的に、本明細書のこのプロセスは、着色した相変化インク製品の単位製造費用を下げ、それによって、製品を商業化にもっと適切なものにする。

Claims (10)

1. 顔料分散物を調製するためのプロセスであって、
   ジャケット付容器内に配置された、イマージョンミルの周囲にあるジャケット、バスケットミルの周囲にあるジャケット、または分散ブレードアタッチメントの周囲にあるジャケットを備えたジャケット付容器中、相変化インク担体および任意要素の分散剤を１００℃〜１７０℃の温度で溶融させることと；
   このジャケット付容器中、溶融した相変化インク担体および任意要素の分散剤を、分散ブレードを用いて混合することと；
   このジャケット付容器中、溶融し、混合した相変化インク担体および任意要素の分散剤に顔料を加えることと；
   顔料を濡らすことと；
   顔料を濡らした後、この容器内で顔料の粒径を小さくすることと；
   顔料分散物を取り出すこととを含む、プロセス。
2. ジャケット付容器は、バスケットミルの周囲にあるジャケットまたはイマージョンミルの周囲にあるジャケットを備えている、請求項１に記載のプロセス。
3. 相変化インク担体を溶融させることは、１１０℃〜１７０℃の温度で溶融させることを含む、請求項１に記載のプロセス。
4. 溶融させることは、相変化インク担体および任意要素の分散剤を約０．１〜約４時間溶融させることを含む、請求項１に記載のプロセス。
5. 相変化インク担体および任意要素の分散剤を混合することは、１１０℃〜１７０℃の温度で混合することを含む、請求項１に記載のプロセス。
6. 顔料の粒径を小さくすることは、イマージョンミルを用いて顔料の粒径を小さくすること、またはバスケットミルを用いて顔料の粒径を小さくすることを含む、請求項１に記載のプロセス。
7. 顔料を濡らすことは、毎分５００回転〜５，０００回転または４フィート／秒〜４０フィート／秒の先端速度に設定した分散ブレードを用い、１１０℃〜１６０℃の温度で０．２５〜４時間かけて濡らすことを含む、請求項１に記載のプロセス。
8. 顔料の粒径を小さくすることは、イマージョンミルを備え、毎分３，０００回転〜５，２００回転または２３フィート／秒〜４０フィート／秒の先端速度で回転するインペラを備えるジャケット付容器中で、濡らした顔料を１１０〜１６０℃の温度で１〜１．５時間かけて粉砕することを含む、請求項１に記載のプロセス。
9. 相変化インク担体は、ワックスを含む、請求項１に記載のプロセス。
10. 顔料は、マゼンタ顔料、シアン顔料、イエロー顔料、ブラック顔料、およびこれらの混合物およびこれらの組み合わせからなる群から選択される、請求項１に記載のプロセス。
    

Images